Урок № 32
Тема: Закономерности наследования признаков, установленные Г.Менделем. Моногибридное скрещивание.
Цель: познакомиться с закономерностями наследования признаков, установленными Г. Менделем; моногибридным скрещиванием.
Актуализация знаний:
Вопросы:
1. У каких организмов только одна кольцевая хромосома?
2. Что такое гибрид?
Содержание урока
Генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости живых организмов.
Наследственность – это свойство всех живых организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение.
Изменчивость – это свойство всех живых организмов приобретать в процессе индивидуального развития новые признаки.
Элементарные единицы наследственности – гены – представляют собой участки ДНК хромосом.
Закономерности, по которым признаки передаются из поколения в поколение, первым открыл великий чешский ученый Грегор Мендель (1822-1884). Г. Мендель в 25 лет стал монахом, уже после этого он прослушал курс математики и естественных наук в венском университете. Позднее, с 1868 года, он был настоятелем августинского монастыря в чешском городе Брно и одновременно преподавал в школе естественную историю и физику. В течение многих лет Мендель как ботаник-любитель проводил опыты в монастырском саду и в 1865 году опубликовал работу «Опыты над растительными гибридами», в которой изложил основные закономерности наследственности.
Гибридологический метод
Основой замечательной работы Г.Менделя был так называемый гибридологический метод. Суть этого метода заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга какими-либо признаками, и в последующем анализе характера наследования этих признаков у потомства. Гибридологический метод до сих поор лежит в основе исследований всех генетиков.
Ставя опыты, Мендель придерживался нескольких правил.
Во-первых, работая с садовым горохом, он использовал для скрещивания растения, которые относились к различным сортам. Так, например, у одного сорта горошины всегда были желтые, а у другого – всегда зеленые. Так как горох самоопыляемые растение, то в природных условиях эти сорта не смешиваются. Такие сорта называют чистыми линиями.
Во-вторых, чтобы получить больше материала для анализа законов наследственности, Г. Мендель работал не с одной, а с несколькими родительскими парами гороха.
В-третьих, Г. Мендель намеренно упростил задачу, наблюдая за наследованием не всех признаков гороха сразу, а только одной из пары. Для своих опытов он изначально выбрал цвет семян гороха – горошин. В тех случаях, когда родительские организмы различаются лишь по одному признаку (например, только по цвету семян или только по форме семян), скрещивание называют моногибридным.
В-четвертых, имея математическое образование, Г. Мендель применил для обработки данных количественные методы: он не просто замечал, каков цвет семян гороха у потомства, но и точно подсчитывал, сколько таких семян появилось.
Надо добавить, что Мендель очень удачно выбрал для опытов горох. Горох легко выращивать, в условиях Чехии он размножается несколько раз в год, сорта гороха отличаются друг от друга рядом хорошо заметных признаков, и, наконец, в природе горох самоопыляем, но в эксперименте это самоопыление легко предотвратить, и экспериментатор может опылять растение пыльцой с другого растения, то есть перекрестно.
Если пользоваться терминами, появившимися через много лет после работ Г. Менделя, то можно сказать, что клетки растений гороха одного сорта содержат по два гена только желтой окраски, а гены растений другого сорта – по два гена только зеленой окраски. Гены, ответственные за развитие одного признака (например, цвета семени), получили название аллельных генов. Если организм содержит два одинаковых аллельных гена (например, оба гена зеленого цвета семян или, наоборот, оба гена желтизны семян), то такие организмы называют гомозиготными. Если же аллельные гены различны (то есть один из них определяет желтую, а другой – зеленую окраску семян), то такие организмы называют гетерозиготными. Чистые линии образованы гомозиготными растениями, поэтому при самоопылении они всегда воспроизводят один вариант проявления признака. В опытах Менделя это был один из двух возможных цветов семян гороха – или всегда желтый, или всегда зеленый.
(Не будем забывать, что в те годы, когда Г. Мендель ставил свои эксперименты, о генах, хромосомах, митозе и мейозе не было известно ничего!)
Единообразие гибридов первого поколения
Искусственно скрещивая растения гороха с желтыми горошинами с растениями, имеющими зеленые горошины (то есть проводя моногибридное скрещивание), Г. Мендель убедился, что все семена потомков-гибридов будут желтого цвета. Такое же явление он наблюдал в опыте при скрещивании растений с гладкими и морщинистыми семенами – все гибридные растения имели гладкие семена. Проявляющийся у гибридов признак (желтизну семян или гладкость семян) Г. Мендель назвал доминантным, а подавляемый признак (то есть зеленый цвет семян или морщинистость семян) – рецессивным. Доминантный признак принято обозначать большой буквой (А, В, С), а рецессивный – маленькой (a, b, c).
На основании этих данных Мендель сформулировал правило единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга одним признаком, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей, и поколение по данному признаку будет единообразным.
Из семян, полученных в первом поколении, Г. Мендель вырастил растения гороха и снова скрестил их между собой. У растений второго поколения большинство горошин были желтого цвета, но встречались и зеленые горошины. Всего от нескольких скрещиваемых пар растений Г.Мендель получил 6022 желтых и 2001 зеленых горошин. Легко сосчитать, что ¾ гибридных семян имели желтую окраску и ¼ зеленую. Явление, при котором скрещивание приводит к образованию потомства частично с доминантными, частично с рецессивными признаками, получило название расщепления.
Опыты с другими признаками подтвердили эти результаты, и Г.Мендель сформулировал правило расщепления: при скрещивании двух потомков (гибридов) первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление и снова появляются особи с рецессивными признаками; эти особи составляют одну четвертую часть от всего числа потомков второго поколения.
Закон чистоты гамет
Для объяснения тех фактов, которые легли в основу правила единообразия гибридов первого поколения и правила расщепления, Г.Мендель предположил, что «элементов наследственности» (генов) в каждой соматической клетке по два. В клетках гибрида первого поколения, хотя они и имеют только желтые горошины, обязательно должны присутствовать оба «элемента» (и желтого, и зеленого цветов), иначе у гибридов второго поколения не может возникнуть горошин зеленого цвета. Связь между поколениями обеспечивается через половые клетки – гаметы. Значит, каждая гамета получает только один «элемент наследственности» (ген) из двух возможных – «желтый» или «зеленый». Эту гипотезу Г.Менделя о том, что при образовании гамет в каждую из них попадает только один из двух аллельных генов, называют законом чистоты гамет.
Из опытов Г. Менделя по моногибридному скрещиванию, помимо закона чистоты гамет, следует также, что гены передаются из поколения в поколение не меняясь. Иначе невозможно объяснить тот факт, что в первом поколении после скрещивания гомозигот с желтыми и зелеными горошинами все семена были желтые, а во втором поколении снова появились зеленые горошины. Следовательно, ген «зеленого цвета горошин» не исчез и не превратился в ген «желтого цвета горошин», а просто не проявился в первом поколении, подавленный доминантным геном желтизны.
Как же объяснить закономерности генетики с позиций современной науки?
Цитологические основы закономерностей наследования при моногибридном скрещивании
Изобразим моногибридное скрещивание в виде схемы. Символ ♀обозначает женскую особь, символ ♂- мужскую, х – скрещивание, Р – родительское поколение, F1 – первое поколение потомков, F2 – второе поколение потомков, А – ген, отвечающий за доминантный желтый цвет, а – ген, отвечающий за рецессивный зеленый цвет семян гороха (рисунок 50 «Схема наследования признаков при моногибридном скрещивании» на странице 104 учебника).
Из рисунка видно, что в каждой гамете родительских особей будет по одному гену (вспомните мейоз): в одном случае А, в другом – а. Таким образом, в первом поколении все соматические клетки будут гетерозиготными – Аа. В свою очередь, гибриды первого поколения с равной вероятностью могут образовывать гаметы А или а. Случайные комбинации этих гамет при половом процессе могут дать следующие варианты: АА, Аа, аА, аа. Первые три растения, содержащие ген а, по правилу доминирования будут иметь желтые горошины, а четвертое – рецессивная гомозигота аа – будет иметь зеленые горошины.
Закрепление
Вопросы:
1. Каких правил придерживался Г. Мендель при проведении своих опытов?
2. Почему для опытов Г. Менделя был удачным выбор гороха?
3. Какие гены называются аллельными?
4. Чем гомозиготный организм отличается от гетерозиготного?
5. В чем суть гибридологического метода?
6. Сформулируйте закон чистоты гамет.
7. Что такое моногибридное скрещивание?
8. Какой признак называется доминантным?
9. Какой признак называется рецессивным?
10. В чем суть правила единообразия гибридов первого поколения? Проиллюстрируйте свой ответ схемой.
11. Сформулируйте правило расщепления. Нарисуйте схему скрещивания гибридов первого поколения.
Обобщение
Вывод: Г. Мендель, используя гибридологический метод, установил основные законы наследственности: правило единообразия гибридов первого поколения, правило расщепления, закон чистоты гамет.
Моногибридное скрещивание – скрещивание особей, которые отличаются только по одной паре признаков.
Домашнее задание
1. Параграф 3.5. на страницах 100-104 учебника.
2. Вопросы 10-11 на странице 104 учебника.
3. Словарь: гибридологический метод, чистые линии, моногибридные скрещивания, аллельные гены, гомозиготные и гетерозиготные организмы, доминантные и рецессивные признаки, расщепление, закон чистоты гамет.
3
38 977
555 
